JP2004214624A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus, for less frequency in replacement of a sticking preventing member. <P>SOLUTION: In the plasma processing apparatus, provided with a plasma chamber for generating plasma through electronic cyclotron resonance and a sample chamber for holding a sample processed by the plasma, an sticking-preventing tube 2 for preventing a product material by the plasma from sticking to the inner wall of the plasma chamber is separated into a plurality of partial sticking preventing tubes 21, 22, 23 depending on the temperature distribution at generation of the plasma. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本願発明は、プラズマを利用して薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ処理装置の内部に酸化ケイ素等が付着するのを防ぐための防着技術に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as thin film formation using plasma, and more particularly to a deposition prevention technique for preventing silicon oxide or the like from adhering inside the plasma processing apparatus.

近年、半導体集積回路等の電子デバイスの製造に際し、電子サイクロトロン共鳴(ECR: Electron Cyclotron Resonance)によって得られる高エネルギーのプラズマを用いて、スパッタリングやエッチングが行われている。
例えば、ECRスパッタリング法においては、電子サイクロトロン共鳴により高エネルギー化したプラズマにより、1種類以上のガス(例えばアルゴンガス)を分解して生成されたイオンをターゲットに衝突させる。この衝突によって、ターゲットから飛び出してくる金属原子、或いは、ターゲットから飛び出してきた金属原子と成膜室内の気体とが反応して生成され分子が、試料上に堆積する。
2. Description of the Related Art In recent years, in manufacturing electronic devices such as semiconductor integrated circuits, sputtering and etching have been performed using high-energy plasma obtained by electron cyclotron resonance (ECR).
For example, in the ECR sputtering method, one or more types of gas (for example, argon gas) are decomposed by plasma whose energy is increased by electron cyclotron resonance, and the generated ions collide with a target. With this collision, molecules generated by a reaction between the metal atoms jumping out of the target or the metal atoms jumping out of the target and the gas in the deposition chamber are deposited on the sample.

図6は、ECRスパッタリング法に用いられるECRスパッタリング装置の構成を例示する断面図である。図6に示されるように、ECRスパッタリング装置6は成膜室601とプラズマ室607とを備えており、これらは互いに隣接している。成膜室601には試料台604が設けられており、この試料台604に試料603がセットされる。
成膜室601の試料603についてプラズマ室607側には、プラズマ室607に連通するプラズマ導入口606が設けられている。このプラズマ導入口606を囲むようにして、リング状の金属ターゲット605が配設されている。この金属ターゲット605は、珪素などを含む固体原料からなっており、試料603上に形成される膜の原料となる。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of an ECR sputtering apparatus used for the ECR sputtering method. As shown in FIG. 6, the ECR sputtering apparatus 6 includes a film forming chamber 601 and a plasma chamber 607, which are adjacent to each other. A sample stage 604 is provided in the film forming chamber 601, and a sample 603 is set on the sample stage 604.
A plasma inlet 606 communicating with the plasma chamber 607 is provided on the plasma chamber 607 side of the sample 603 in the film formation chamber 601. A ring-shaped metal target 605 is provided so as to surround the plasma introduction port 606. The metal target 605 is made of a solid material containing silicon or the like, and is a material of a film formed on the sample 603.

プラズマ室607には、導波管609を介して、マイクロ波608が導入される。プラズマ室607と導波管609の間には、マイクロ波導入窓610が設けられている。マイクロ波導入窓610は石英ガラスからなっており、導波管609側に設けられているプラズマ室607の開口部分を密封して、プラズマ室607の気密を保つ。
また、成膜室601には排気口602が設けられている。成膜室601、並びに、プラズマ室607の内部の気体は、真空装置(図示省略。)により、排気口602から排気される。このようにして、成膜室601、並びに、プラズマ室607の内部が真空状態とされると、プラズマ室607に設けられているガス導入口611から、アルゴン等のプラズマ形成用のガスが導入される。
Microwave 608 is introduced into plasma chamber 607 via waveguide 609. A microwave introduction window 610 is provided between the plasma chamber 607 and the waveguide 609. The microwave introduction window 610 is made of quartz glass, and seals the opening of the plasma chamber 607 provided on the waveguide 609 side to keep the plasma chamber 607 airtight.
Further, an exhaust port 602 is provided in the film forming chamber 601. The gas inside the film forming chamber 601 and the plasma chamber 607 is exhausted from an exhaust port 602 by a vacuum device (not shown). In this manner, when the inside of the film forming chamber 601 and the plasma chamber 607 is evacuated, a plasma forming gas such as argon is introduced from the gas inlet 611 provided in the plasma chamber 607. You.

プラズマ室607の周囲には、励磁コイル612が配設されている。プラズマ室607内にガスが導入されると、励磁コイル612は、プラズマ室607内に磁場を形成して、電子サイクロトロン共鳴による放電を発生させる。すると、高密度のプラズマが発生して、アルゴンイオンが生成される。
生成されたアルゴンイオンは、プラズマ室607からプラズマ導入口606を経て、成膜室601に引き出される。
An excitation coil 612 is provided around the plasma chamber 607. When a gas is introduced into the plasma chamber 607, the exciting coil 612 forms a magnetic field in the plasma chamber 607 and generates a discharge by electron cyclotron resonance. Then, high-density plasma is generated, and argon ions are generated.
The generated argon ions are drawn from the plasma chamber 607 to the film formation chamber 601 via the plasma inlet 606.

金属ターゲット605には、負電位が印加されている。この負電位によって生じる電界の作用により、前記アルゴンイオンが金属ターゲット605に衝突する。これによって、金属ターゲット605から珪素原子が飛び出して試料603上に堆積する。また、金属ターゲット605から飛び出した珪素原子と成膜室601内の気体とが反応して生成された分子が試料603上に堆積する。   A negative potential is applied to the metal target 605. The argon ion collides with the metal target 605 by the action of the electric field generated by the negative potential. Thus, silicon atoms fly out of the metal target 605 and deposit on the sample 603. In addition, molecules generated by a reaction between the silicon atoms jumping out of the metal target 605 and the gas in the deposition chamber 601 are deposited on the sample 603.

これにより試料603上に成膜される(例えば特許文献1参照)。
特開平1−306558号公報(第2頁から第4頁まで、及び第1図)
Thus, a film is formed on the sample 603 (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-1-306558 (from page 2 to page 4 and FIG. 1)

さて、前記試料603上に成膜する際には、金属ターゲット605から飛び出した珪素原子は、試料603上に堆積するのみならず、プラズマ室607の内壁など、ECRスパッタリング装置の内壁上にも付着する。このような付着を防ぐために、プラズマ室607内部には、防着板613、614及び防着管620が配設されている。
防着管620は円筒状の石英管からなっている。防着板613は円板状の石英板に丸穴が空いた丸穴石英板から、また、防着板614は円板状の石英板に角穴が空いた角穴石英板からなっている。これにより、前記珪素原子は、防着管620等の上に付着するので、プラズマ室607の内壁上には付着することがない。即ち、ECRスパッタリング装置にて成膜処理を繰り返すと、防着管620等の上に酸化珪素等からなる膜が付着成長する。
Now, when forming a film on the sample 603, the silicon atoms jumping out of the metal target 605 not only deposit on the sample 603 but also adhere to the inner wall of the ECR sputtering apparatus such as the inner wall of the plasma chamber 607. I do. In order to prevent such adhesion, deposition plates 613 and 614 and deposition tubes 620 are provided inside the plasma chamber 607.
The deposition prevention tube 620 is a cylindrical quartz tube. The deposition-preventing plate 613 is made of a disc-shaped quartz plate having a round hole made of a round hole, and the deposition-preventing plate 614 is made of a disc-shaped quartz plate having a square hole made of a square hole. . Accordingly, the silicon atoms adhere to the deposition-proof tube 620 and the like, and do not adhere to the inner wall of the plasma chamber 607. That is, when the film forming process is repeated in the ECR sputtering apparatus, a film made of silicon oxide or the like adheres and grows on the deposition-proof tube 620 or the like.

一方、プラズマ発生時、プラズマ室607内部においては、その中央部分において温度が高く、周辺部分に近づくにつれて温度が低くなる。このため、防着管620も、プラズマ室607の中央部分に近いほど高温となり、周辺部分に近づくほど温度が低くなるので、この温度差に起因して防着管620の内部に熱応力が発生する。
このため、ECRスパッタリング装置にて成膜処理を繰り返すと、熱疲労によって防着管620が破損する。この結果、防着管520上に付着成長していた酸化珪素等の破片や防着管620そのものの破片が飛散して、アルゴンイオンの移動が妨げられるため、延いては、試料表面において必要な成膜特性が得られなくなってしまう。
On the other hand, when plasma is generated, inside the plasma chamber 607, the temperature is high at the central portion, and the temperature decreases as approaching the peripheral portion. Therefore, the temperature of the deposition prevention tube 620 becomes higher as it is closer to the central portion of the plasma chamber 607, and the temperature becomes lower as it is closer to the peripheral portion. Therefore, thermal stress is generated inside the deposition prevention tube 620 due to this temperature difference. I do.
For this reason, if the film forming process is repeated in the ECR sputtering device, the anti-adhesion tube 620 is damaged by thermal fatigue. As a result, fragments such as silicon oxide adhered and grown on the deposition prevention tube 520 and fragments of the deposition prevention tube 620 themselves are scattered to hinder the movement of argon ions. Film formation characteristics cannot be obtained.

このような問題に対する対策として、防着管620を交換すれば必要な成膜特性を回復することができる。しかしながら、防着管620を交換するためには成膜室601を大気開放しなければならないので、作業後に成膜室内の真空引きや水分除去といった作業が必要となる。
この真空引きや水分除去は多大の作業時間を要する。また、防着管620を頻繁に交換すると防着管620そのものの必要も増大するため、コストの観点から好ましくない。かかる問題は、ECRスパッタリング装置のみに留まらず、ECRエッチング装置その他、電子サイクロン共鳴を利用するプラズマ処理装置のみならず、さらには高密度プラズマを発生させてこれを利用するプラズマ処理装置全般に存する。
As a countermeasure against such a problem, if the deposition tube 620 is replaced, necessary film forming characteristics can be recovered. However, since the deposition chamber 601 must be opened to the atmosphere in order to replace the deposition-proof tube 620, after the operation, an operation such as evacuation of the deposition chamber and removal of water is required.
This evacuation and water removal require a great deal of work time. Further, if the attachment tube 620 is frequently replaced, the necessity of the attachment tube 620 itself increases, which is not preferable from the viewpoint of cost. Such a problem exists not only in an ECR sputtering apparatus, but also in an ECR etching apparatus and other plasma processing apparatuses using electron cyclone resonance, and also in a general plasma processing apparatus that generates high-density plasma and uses it.

プラズマ室内の温度差は他の方法を用いても発生し、また発生するプラズマが高密度であるほどその温度も高くなり、温度差がさらに拡大するからである。
例えば、プラズマ密度が1011ions/cm3程度であれば、プラズマ温度は600℃以上になると見積もられ、そのような高温でば防着管への熱的影響も大きいものとなる。
This is because the temperature difference in the plasma chamber is generated even if another method is used, and the higher the density of the generated plasma, the higher the temperature, and the temperature difference further increases.
For example, when the plasma density is about 10 11 ions / cm 3 , the plasma temperature is estimated to be 600 ° C. or higher. At such a high temperature, the thermal influence on the deposition-proof tube becomes large.

本願発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、防着部材の交換頻度を低減することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a plasma processing apparatus that can reduce the frequency of replacing a deposition-inhibiting member.

上記目的を達成するため、本願発明に係るプラズマ処理装置は、高密度プラズマを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、前記プラズマ処理による生成物が前記プラズマ室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a plasma chamber that generates high-density plasma, a sample chamber that communicates with the plasma chamber, and that holds a sample to be processed by the plasma. A deposition tube for preventing products generated by the plasma processing from adhering to the inner wall of the plasma chamber, wherein the deposition tube is divided into a plurality of pieces according to a temperature distribution at the time of the plasma generation. It is characterized by the following.

このようにすることによって、プラズマ処理中における防着管の各部分間の温度差に起因して発生する熱応力を逃すことができるので、防着管の破損を防止することができる。したがって、防着部材の交換頻度を低減することができるので、プラズマ処理装置のランニング・コストを低減することができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマ室は円筒形状をとり、前記防着管は円筒形状であって、前記プラズマ室内に嵌挿されており、かつ、管軸方向に分割されていることを特徴とする。このようにすることによって、応力の集中を防ぐことができるので、防着管を更に破損し難くすることができる。
By doing so, the thermal stress generated due to the temperature difference between the parts of the deposition-preventing pipe during the plasma processing can be released, so that damage to the deposition-preventing pipe can be prevented. Therefore, the replacement frequency of the deposition-inhibiting member can be reduced, and the running cost of the plasma processing apparatus can be reduced.
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the plasma chamber has a cylindrical shape, the deposition-preventing tube has a cylindrical shape, is inserted into the plasma chamber, and is divided in the tube axis direction. It is characterized by having. By doing so, the concentration of stress can be prevented, so that the deposition prevention tube can be made harder to break.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、前記プラズマ発生時に温度勾配がより大きい部分は管長がより小さく、当該温度勾配がより小さい部分は管長がより大きくなるように分割されていることを特徴とする。
このようにすることによって、防着管を構成する複数の部分防着管のそれぞれについて、ひとつの部分防着管内での温度差を低減して熱応力の発生を抑えることができる。したがって、部分防着管の破損を防止することができるので、延いては防着管全体の破損を防止することができる。
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the deposition prevention tube is divided such that a portion having a larger temperature gradient during the plasma generation has a smaller tube length, and a portion having a smaller temperature gradient has a larger tube length. It is characterized by having.
In this way, for each of the plurality of partial deposition tubes constituting the deposition tube, the temperature difference within one partial deposition tube can be reduced to suppress the generation of thermal stress. Therefore, it is possible to prevent the partial protection tube from being damaged, and thus to prevent the entire protection tube from being damaged.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられていることを特徴とする。このようにすることによって、防着管の内側に付着する膜に起因する応力による歪を逃がして、応力による石英の歪をさらに効率よく逃がすことができる。したがって、防着管の破損を防止することができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、複数の溝が設けられており、前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられていることを特徴とする。
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that a groove parallel to the tube axis is provided on an inner wall surface of the deposition-proof tube. By doing so, the strain caused by the stress caused by the film adhering to the inside of the deposition prevention tube can be released, and the distortion of quartz caused by the stress can be released more efficiently. Therefore, it is possible to prevent the attachment tube from being damaged.
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the deposition tube is provided with a plurality of grooves, and the plurality of grooves are provided at equal intervals around a pipe axis of the deposition tube. Features.

このようにすれば、前記付着膜が膨張することによって生じる応力を分散することができるので、防着管の破損を防止することができる。この場合において、防着管の内壁に設けられる溝の長手方向は、前記付着膜によって防着管に係る応力の方向に直行するのが好ましい。このようにすれば、当該応力を効率よく逃すことができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、石英から成ることを特徴とする。このようにすることによって、プラズマ発生時における高温に耐えて、プラズマ室の内壁に不要物が付着するのを防止することができる。また、防着管そのものも破損し難くすることができる。
This makes it possible to disperse the stress caused by the expansion of the adhered film, thereby preventing damage to the deposition prevention tube. In this case, it is preferable that the longitudinal direction of the groove provided on the inner wall of the protection tube is perpendicular to the direction of the stress on the protection tube by the adhesion film. With this configuration, the stress can be efficiently released.
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the deposition prevention tube is made of quartz. By doing so, it is possible to withstand high temperatures at the time of plasma generation and prevent unnecessary substances from adhering to the inner wall of the plasma chamber. In addition, the deposition prevention tube itself can be hardly damaged.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマを用いて、前記試料にスパッタリング処理を施すことを特徴とする。このようにすれば、スパッタリング装置に設置されている防着管を破損し難くすることができる。したがって、スパッタリング装置による生産効率を向上させることができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、高密度プラズマを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、前記プラズマ処理による生成物が前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されていることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the sample is subjected to a sputtering process using the plasma. In this case, the deposition prevention tube installed in the sputtering apparatus can be hardly damaged. Therefore, the production efficiency by the sputtering device can be improved.
Further, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a plasma chamber that generates high-density plasma, a sample chamber that is in communication with the plasma chamber, and that holds a sample to be processed by the plasma, A deposition tube for preventing the product from adhering to the inner wall of the sample chamber, wherein the deposition tube is divided into a plurality according to the temperature distribution at the time of the plasma generation. .

このようにすれば、前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管において、プラズマ処理中に生じる温度勾配に応じた熱応力を逃すことができるので、当該防着管の破損を防止することができる。したがって、プラズマ処理装置のランニング・コストを低減することができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記試料室は円筒形状をとり、前記防着管は円筒形状であって、前記試料室内に嵌挿されており、かつ、管軸方向に分割されていることを特徴とする。このようにすれば、防着管内における熱応力の集中を防止して、防着管を更に破損し難くすることができる。
With this configuration, in the deposition-preventing tube that prevents the deposition tube from adhering to the inner wall of the sample chamber, thermal stress corresponding to the temperature gradient generated during the plasma processing can be released, thereby preventing damage to the deposition-preventing tube. be able to. Therefore, the running cost of the plasma processing apparatus can be reduced.
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the sample chamber has a cylindrical shape, the protection tube has a cylindrical shape, is inserted into the sample chamber, and is divided in the tube axis direction. It is characterized by having. In this way, it is possible to prevent the concentration of thermal stress in the deposition-preventing tube, and to further prevent the deposition-preventing tube from being damaged.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、前記プラズマ発生時に温度勾配がより大きい部分は管長がより小さく、当該温度勾配がより小さい部分は管長がより大きくなるように分割されていることを特徴とする。
このようにすれば、防着管を構成する複数の部分防着管のそれぞれについて、ひとつの部分防着管内での温度差を低減して熱応力の発生を抑えることができる。したがって、部分防着管の破損を防止することができるので、延いては防着管全体の破損を防止することができる。
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the deposition prevention tube is divided such that a portion having a larger temperature gradient during the plasma generation has a smaller tube length, and a portion having a smaller temperature gradient has a larger tube length. It is characterized by having.
In this way, for each of the plurality of partial deposition tubes constituting the deposition tube, the temperature difference within one partial deposition tube can be reduced to suppress the generation of thermal stress. Therefore, it is possible to prevent the partial protection tube from being damaged, and thus to prevent the entire protection tube from being damaged.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられていることを特徴とする。このようにすれば、防着管の内側に付着する膜に起因する応力による歪を逃がして、応力による石英の歪をさらに効率よく逃がすことができる。したがって、防着管の破損を防止することができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、複数の溝が設けられており、前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられていることを特徴とする。
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that a groove parallel to the tube axis is provided on an inner wall surface of the deposition-proof tube. In this way, the strain caused by the stress caused by the film adhering to the inside of the deposition prevention tube can be released, and the distortion of quartz caused by the stress can be released more efficiently. Therefore, it is possible to prevent the attachment tube from being damaged.
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the deposition tube is provided with a plurality of grooves, and the plurality of grooves are provided at equal intervals around a pipe axis of the deposition tube. Features.

このようにすれば、このようにすれば、前記付着膜が膨張することによって生じる応力を分散することができるので、防着管の破損を防止することができる。この場合にも、上述と同様、防着管の内壁に設けられる溝の長手方向は、前記付着膜によって防着管に係る応力の方向に直行するのが好ましい。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、石英から成ることを特徴とする。このようにすれば、プラズマ発生時における高温に耐えて、プラズマ室の内壁に不要物が付着するのを防止することができる。また、防着管そのものも破損し難くすることができる。
According to this configuration, the stress generated by the expansion of the adhesion film can be dispersed, so that damage to the deposition prevention tube can be prevented. Also in this case, as described above, it is preferable that the longitudinal direction of the groove provided on the inner wall of the deposition-preventing pipe is orthogonal to the direction of the stress on the deposition-preventing pipe due to the adhesion film.
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the deposition prevention tube is made of quartz. With this configuration, it is possible to withstand high temperatures during plasma generation and prevent unnecessary substances from adhering to the inner wall of the plasma chamber. In addition, the deposition prevention tube itself can be hardly damaged.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマを用いて、前記試料にエッチング処理を施すことを特徴とする。このようにすることによって、エッチング処理装置に設置されている防着管を破損し難くすることができる。したがって、エッチング処理装置による生産効率を向上させることができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマを用いて、前記試料にCVD処理を施すことを特徴とする。このようにすることによって、プラズマCVD装置に設置されている防着管を破損し難くすることができる。したがって、防着管を交換する周期を延長することが可能となるので、プラズマCVD装置による生産効率を向上させることができる。
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the sample is subjected to an etching process using the plasma. By doing so, it is possible to make it difficult for the deposition-proof tube installed in the etching apparatus to be damaged. Therefore, the production efficiency of the etching apparatus can be improved.
The plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the sample is subjected to a CVD process using the plasma. By doing so, it is possible to make it difficult to damage the deposition-proof tube installed in the plasma CVD apparatus. Therefore, it is possible to extend the cycle of replacing the deposition-inhibiting tube, so that the production efficiency by the plasma CVD apparatus can be improved.

また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマは電子サイクロトロン共鳴により生成されることを特徴とする。このようにすれば、試料に与える損傷を小さくすることができるので、より高品質の製品をプラズマ処理によって製造でき、また、歩留まりを向上させることができる等、優れたコスト・メリットを実現することができる。   Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the plasma is generated by electron cyclotron resonance. In this way, the damage to the sample can be reduced, so that higher quality products can be manufactured by plasma processing, and the yield can be improved. Can be.

以下、本願発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態について、ECRスパッタリング装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
[1] ECRスパッタリング装置の構成
本実施の形態に係るECRスパッタリング装置は、前記従来技術に係るECRスパッタリング装置と概ね同様の構成を備えている。
Hereinafter, embodiments of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking an ECR sputtering apparatus as an example.
[1] Configuration of ECR Sputtering Apparatus The ECR sputtering apparatus according to the present embodiment has substantially the same configuration as the ECR sputtering apparatus according to the related art.

図1は、本実施の形態に係るECRスパッタリング装置の構成を示す断面図である。図1に示されるように、ECRスパッタリング装置1は、成膜室101、排気口102、試料台104、金属ターゲット105、プラズマ導入口106、プラズマ室107、導波管109、マイクロ波導入窓110、ガス導入口111、励磁コイル112、防着板113、114、および、防着管2から構成されている。   FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of the ECR sputtering apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the ECR sputtering apparatus 1 includes a film forming chamber 101, an exhaust port 102, a sample stage 104, a metal target 105, a plasma inlet 106, a plasma chamber 107, a waveguide 109, and a microwave introducing window 110. , A gas introduction port 111, an excitation coil 112, deposition prevention plates 113 and 114, and a deposition prevention tube 2.

成膜室101は、成膜されるべき試料103を配置するための気密な容器である。成膜室101内部の気体は、排気口102から吸引され、排気される。また、成膜室101内には試料台104が設けられており、試料103は当該試料台104上に載置される。
更に、成膜室101のプラズマ室107に接する壁面には、プラズマ室107からプラズマを導入するための円形の開口部分である、プラズマ導入口106が設けられている。この壁面には、このプラズマ導入口106を囲むようにして、成膜室101の内側に、短い円筒状の金属ターゲット105が配設されている。
The film forming chamber 101 is an airtight container for disposing a sample 103 on which a film is to be formed. The gas inside the film forming chamber 101 is sucked from the exhaust port 102 and exhausted. A sample stage 104 is provided in the film formation chamber 101, and the sample 103 is placed on the sample stage 104.
Further, a plasma introduction port 106, which is a circular opening for introducing plasma from the plasma chamber 107, is provided on a wall surface of the film formation chamber 101 in contact with the plasma chamber 107. On this wall surface, a short cylindrical metal target 105 is disposed inside the film forming chamber 101 so as to surround the plasma introduction port 106.

金属ターゲット105は、シールドケース(図示省略。)支持されている。なお、金属ターゲット105には、負電位が印加されており、プラズマ室107に対して低電位となっている。
プラズマ室107は、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させるための円筒状の容器である。プラズマ室107の成膜室101側の底面には、プラズマ導入口106として円形状の開口部分が設けられている。
The metal target 105 is supported by a shield case (not shown). Note that a negative potential is applied to the metal target 105, which is lower than that of the plasma chamber 107.
The plasma chamber 107 is a cylindrical container for generating plasma by electron cyclotron resonance. On the bottom surface of the plasma chamber 107 on the film forming chamber 101 side, a circular opening is provided as a plasma introduction port 106.

また、プラズマ室107のもう一方の底面には、導波管109を介してマイクロ波108を導入するための矩形状の開口部分が設けられている。当該開口部分は、成膜室101とプラズマ室107とを気密に保つために石英ガラスからなるマイクロ波導入窓110に覆われている。
また、プラズマ室107の当該底面には、更に、アルゴンガスを導入するための開口部分が設けられている。
On the other bottom surface of the plasma chamber 107, a rectangular opening for introducing the microwave 108 through the waveguide 109 is provided. The opening is covered with a microwave introduction window 110 made of quartz glass to keep the film forming chamber 101 and the plasma chamber 107 airtight.
In addition, an opening for introducing an argon gas is further provided on the bottom surface of the plasma chamber 107.

プラズマ室107内に磁場を形成して、電子サイクロトロン共鳴による放電を発生させるために、プラズマ室107は励磁コイル112にて外囲されている。また、プラズマ室107の内壁面には、前記ECRスパッタリング装置5のプラズマ室507と同様に、酸化珪素等の付着を防ぐための防着板113、114、並びに、防着管2が配設されている。   The plasma chamber 107 is surrounded by an exciting coil 112 in order to generate a magnetic field in the plasma chamber 107 and generate a discharge by electron cyclotron resonance. Similarly to the plasma chamber 507 of the ECR sputtering apparatus 5, on the inner wall surface of the plasma chamber 107, deposition plates 113 and 114 for preventing adhesion of silicon oxide or the like and the deposition tube 2 are provided. ing.

防着板113は円盤状の石英板であって、プラズマ導入口106に対応する位置に円形状の開口部分が設けられている。同様に、防着板114は円盤状の石英板であって、マイクロは導入窓110に対応する位置に矩形状の開口部分が設けられている。また、防着板114には、更に、プラズマ室107内にアルゴンガスを導入するための開口部分も設けられている。   The deposition-preventing plate 113 is a disk-shaped quartz plate, and has a circular opening at a position corresponding to the plasma introduction port 106. Similarly, the deposition-preventing plate 114 is a disk-shaped quartz plate, and the micro has a rectangular opening at a position corresponding to the introduction window 110. The deposition prevention plate 114 is further provided with an opening for introducing argon gas into the plasma chamber 107.

防着管2は、プラズマ室107の内側面に沿うように円筒形状となっており、プラズマ室107内に嵌挿されている。防着管2の構成については、後に詳述する。
[2] ECRスパッタリング装置1の動作
ECRスパッタリング装置1においては、ECRスパッタリング装置5と同様に、以下のようにして成膜処理がなされる。
The deposition prevention tube 2 has a cylindrical shape along the inner surface of the plasma chamber 107 and is fitted into the plasma chamber 107. The configuration of the deposition prevention tube 2 will be described later in detail.
[2] Operation of ECR Sputtering Apparatus 1 In the ECR sputtering apparatus 1, similarly to the ECR sputtering apparatus 5, a film forming process is performed as follows.

すなわち、先ず、成膜室101内部の気体が排気口102から吸引され、成膜室101及びプラズマ室107の内部が真空状態とされるとともに、水分が除去される。次いで、成膜室101、並びにプラズマ室107内にアルゴンガスが導入される。
そして、導波管109からマイクロ波導入窓110を経てマイクロ波108が導入されるとともに、励磁コイル112によりプラズマ室107に磁場が形成され、電子サイクロトロン共鳴による放電が惹き起こされる。これによって、プラズマ室107内に高密度のプラズマが発生して、アルゴンイオンが生成される。
That is, first, the gas inside the film forming chamber 101 is sucked from the exhaust port 102, and the inside of the film forming chamber 101 and the plasma chamber 107 is evacuated, and moisture is removed. Next, an argon gas is introduced into the film formation chamber 101 and the plasma chamber 107.
Then, the microwave 108 is introduced from the waveguide 109 through the microwave introduction window 110, and a magnetic field is formed in the plasma chamber 107 by the excitation coil 112, thereby causing a discharge by electron cyclotron resonance. As a result, high-density plasma is generated in the plasma chamber 107, and argon ions are generated.

生成されたアルゴンイオンは正電荷をもっているので、負電位を印加されている金属ターゲット105に引き寄せられて、衝突する。この衝突によって、金属ターゲット105から珪素原子が飛び出す。金属ターゲット105から飛び出した珪素原子は試料103上に堆積する。
また、金属ターゲット105から飛び出した珪素原子は、成膜室101内の気体分子と反応して新たな分子を生成することもある。試料103上には、このようにして生成された分子も堆積する。このようにして、試料103上に膜を形成する成膜処理が進行する。
Since the generated argon ions have a positive charge, they are attracted to and collide with the metal target 105 to which a negative potential is applied. This collision causes silicon atoms to fly out of the metal target 105. The silicon atoms jumping out of the metal target 105 are deposited on the sample 103.
In addition, the silicon atoms jumping out of the metal target 105 may react with gas molecules in the film formation chamber 101 to generate new molecules. The molecules generated in this manner are also deposited on the sample 103. In this manner, a film formation process for forming a film on the sample 103 proceeds.

[3] 防着管2の構成
次に、防着管2の構成について更に詳しく説明する。図2は、防着管2の構成を示す図であって、図2(a)は防着管2の外観斜視図、図2(b)は防着管2をその中心軸を含む平面で切った断面図、そして、図2(c)は防着管2を成膜室101側から俯瞰した俯瞰図である。
[3] Configuration of Deposition Tube 2 Next, the configuration of the deposition prevention tube 2 will be described in more detail. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of the deposition-inhibiting tube 2, wherein FIG. 2A is an external perspective view of the deposition-inhibiting tube 2, and FIG. 2B is a plan view of the deposition-inhibiting tube 2 including a central axis thereof. FIG. 2C is a bird's-eye view in which the deposition prevention tube 2 is viewed from the film forming chamber 101 side.

さて、図2(a)に示されるように、防着管2は、上段管21、中段管22、および、下段管23の3つの部分防着管から成っている。これら3つの部分防着管のうち、下段管23は管長が最も大きく、本実施の形態においては144mmとなっている。
これに対して、上段管21と中段管22は管長が短くなっており、それぞれ10mm、12mmである。また、図2(a)に示されるように、上段管21と中段管22とには、その内壁面に管軸と平行な8つの溝24が等間隔に設けられている。溝24の幅と深さはそれぞれ3mm、0.5mmであって、いずれの溝24も同寸法である。
Now, as shown in FIG. 2A, the protection pipe 2 is composed of three partial protection pipes: an upper pipe 21, a middle pipe 22, and a lower pipe 23. Of these three partial deposition tubes, the lower tube 23 has the largest length, which is 144 mm in the present embodiment.
On the other hand, the upper tube 21 and the middle tube 22 have shorter tube lengths of 10 mm and 12 mm, respectively. Further, as shown in FIG. 2A, the upper pipe 21 and the middle pipe 22 are provided with eight grooves 24 at equal intervals on the inner wall surface thereof in parallel with the pipe axis. The width and depth of the grooves 24 are 3 mm and 0.5 mm, respectively, and all the grooves 24 have the same dimensions.

次に、図2(b)に示されるように、上段管21の中段管22側端付近には、管の内径が拡径されている部分(以下、「内径拡大部分」という。)が設けられている。また、中段管22の上段管21側端付近には、管の外径が縮径されている部分(以下、「外径縮小部分」という。)が設けられている。
上段管21と中段管22は、上段管21の内径拡大部分と中段管22の外径縮小部分とを緩く嵌合させることによって、結合されている。
Next, as shown in FIG. 2B, a portion where the inner diameter of the pipe is enlarged (hereinafter, referred to as an “increased inner diameter portion”) is provided near the end of the upper pipe 21 on the side of the middle pipe 22. Have been. Further, near the upper tube 21 end of the middle tube 22, there is provided a portion in which the outer diameter of the tube is reduced (hereinafter, referred to as “outer diameter reduced portion”).
The upper pipe 21 and the middle pipe 22 are connected by loosely fitting the enlarged inner diameter portion of the upper pipe 21 and the reduced outer diameter portion of the middle pipe 22.

同様に、中段管22の下段管23側端付近には内径拡大部分が設けられており、下段管23の中段管22側端付近には外径縮小部分が設けられている。中段管22と下段管23とは、これらを緩く嵌合させることによって、結合されている。
[4] 防着管2の特性
(1) 前述のように、成膜処理時には、プラズマ室107の内部で温度勾配が生じる。特に、プラズマ室107内と成膜室101内とでは温度差が大きいために、防着管2においても成膜室101に近い部分でより大きな温度勾配が生じる。
Similarly, an enlarged inner diameter portion is provided near the lower tube 23 end of the middle tube 22, and an outer diameter reduced portion is provided near the middle tube 22 end of the lower tube 23. The middle pipe 22 and the lower pipe 23 are connected by loosely fitting them.
[4] Characteristics of Deposition Tube 2 (1) As described above, a temperature gradient is generated inside the plasma chamber 107 during the film formation process. In particular, since the temperature difference between the inside of the plasma chamber 107 and the inside of the film formation chamber 101 is large, a larger temperature gradient also occurs in the deposition-proof tube 2 in a portion near the film formation chamber 101.

この温度勾配に起因して、防着管2の成膜室101から近い部分では熱膨張の度合いがより大きくなり、成膜室101に遠い部分では熱膨張の度合いがより小さくなる。
図2(b)には、この間の事情が表されている。図2(b)に示されるように、各部分防着管には成膜室101からの距離に応じた大きさの熱応力31が作用する。すなわち、成膜室101に近いほど熱応力が大きく、成膜室101から遠いほど熱応力が小さくなる。
Due to this temperature gradient, the degree of thermal expansion is larger in a portion of the deposition-preventing tube 2 close to the film forming chamber 101, and the degree of thermal expansion is smaller in a portion far from the film forming chamber 101.
FIG. 2B shows the situation during this time. As shown in FIG. 2B, a thermal stress 31 having a magnitude corresponding to the distance from the film forming chamber 101 acts on each partial deposition prevention tube. That is, the thermal stress increases as the distance from the film forming chamber 101 increases, and decreases as the distance from the film forming chamber 101 increases.

このような現象に対して、本実施の形態に係る防着管2は上述のような3つの部分防着管に分割されており、それらは緩く嵌合されているので、部分防着管毎に熱膨張の度合いに差が生じても、各部分防着管が自由に熱膨張することができる。すなわち、部分防着管間では熱膨張に起因する内部応力が発生しないので、このような内部応力による熱疲労も発生しない。   To prevent such a phenomenon, the protection tube 2 according to the present embodiment is divided into the three partial protection tubes described above, and these are loosely fitted. Even if a difference occurs in the degree of thermal expansion, each partial deposition tube can freely expand. That is, since no internal stress due to thermal expansion is generated between the partial deposition tubes, thermal fatigue due to such internal stress does not occur.

したがって、熱疲労による防着管2の破損を免れることができる。防着管2が破損しなければ、防着管2に付着した酸化珪素や、防着管2から生じる石英片が飛散しないので、ECRスパッタリング装置1は、優れた成膜特性を保つことができる。
(2) また、個々の部分防着管に注目すると、前述のように、部分防着管の内側面には酸化珪素等が堆積して膜が形成される。この膜もまたプラズマにより熱せられることによって膨張する。この膜の膨張に起因して、部分防着管の内側面に、図2(c)に示されるような応力32が生じる。
Therefore, it is possible to avoid damage to the deposition prevention tube 2 due to thermal fatigue. If the protection tube 2 is not damaged, the silicon oxide attached to the protection tube 2 and the quartz pieces generated from the protection tube 2 do not scatter, so that the ECR sputtering apparatus 1 can maintain excellent film forming characteristics. .
(2) In addition, paying attention to each partial deposition tube, as described above, silicon oxide or the like is deposited on the inner surface of the partial deposition tube to form a film. This film also expands when heated by the plasma. Due to the expansion of the film, a stress 32 as shown in FIG. 2C is generated on the inner surface of the partial deposition prevention tube.

このような応力32に対して、本実施の形態においては、部分防着管の内側に前述したような溝を設けているので、膜の膨張に起因する応力32による歪を逃すことができる。したがって、防着管2の破損を防止して、ECRスパッタリング装置1の成膜特性を保つことができる。
(3) また、成膜室101とプラズマ室107との間の温度差が大きいため、より大きな熱応力を受ける上段管21は、中段管22や下段管23よりも破損し易い。また、同様の理由によって、中段管22は下段管23よりも破損し易い。これに対して、本実施の形態によれば、防着管の破損が発生した場合、破損した部分防着管のみを交換すれば良い。
With respect to such stress 32, in the present embodiment, since the groove as described above is provided inside the partial deposition prevention tube, distortion due to the stress 32 due to expansion of the film can be released. Therefore, the deposition prevention characteristics of the ECR sputtering apparatus 1 can be maintained by preventing the deposition prevention tube 2 from being damaged.
(3) Further, since the temperature difference between the film forming chamber 101 and the plasma chamber 107 is large, the upper pipe 21 which receives a larger thermal stress is more likely to be damaged than the middle pipe 22 and the lower pipe 23. Further, for the same reason, the middle pipe 22 is more easily damaged than the lower pipe 23. On the other hand, according to the present embodiment, when the protection tube is damaged, only the damaged partial protection tube needs to be replaced.

すなわち、前述した従来技術の場合とは異なって、防着管全体を交換する必要がないので、ECRスパッタリング装置における防着対策に要するコストを低減することができる。
[5] 変形例
以上、本願発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本願発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
That is, unlike the case of the above-described conventional technique, it is not necessary to replace the entire deposition-proof tube, so that the cost required for the deposition prevention measures in the ECR sputtering apparatus can be reduced.
[5] Modifications Although the invention of the present application has been described based on the embodiment, it is needless to say that the invention of the application is not limited to the above-described embodiment, and the following modification may be implemented. it can.

(1) 上記実施の形態においては、防着管2を構成する各部分防着管の具体的な管長を例示して説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、寸法を異にする場合であっても、上述したように、防着管を複数の部分防着管から成るとすれば、本願発明の効果を得ることができる。
この場合において、各部分防着管の管長は、ECRスパッタリング装置1において成膜処理を実行する際の温度分布を勘案して決定するのが望ましい。すなわち、ひとつの部分防着管の各部分間の温度差が所定の範囲内に納まるように管長を決定するのが望ましい。
(1) In the above-described embodiment, the specific length of each partial protection tube constituting the protection tube 2 has been described as an example. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this. However, as described above, the effect of the invention of the present application can be obtained as long as the protection tube is composed of a plurality of partial protection tubes.
In this case, it is preferable that the length of each partial deposition tube be determined in consideration of the temperature distribution at the time of performing the film forming process in the ECR sputtering apparatus 1. That is, it is desirable to determine the length of the tube so that the temperature difference between the portions of one partial deposition prevention tube falls within a predetermined range.

このように管長を決定すれば、部分防着管に作用する熱応力を小さくすることができるので、部分防着管を熱疲労により破損し難くすることができる。したがって、防着管の寿命を延長して、ECRスパッタリング装置1の成膜処理に係るコストを低減することができる。
(2) 上記実施の形態においては、防着管2を構成する部分防着管の数が3つである場合を例にとり本願発明について説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、ひとつの防着管を構成する部分防着管の数が2以上であれば、本願発明の効果を得ることができる。
If the pipe length is determined in this manner, the thermal stress acting on the partial protection pipe can be reduced, so that the partial protection pipe can be hardly damaged by thermal fatigue. Therefore, it is possible to extend the life of the deposition prevention tube and reduce the cost related to the film forming process of the ECR sputtering apparatus 1.
(2) In the above-described embodiment, the invention of the present application has been described by taking as an example the case where the number of partial deposition prevention tubes constituting the deposition prevention tube 2 is three, but it is needless to say that the invention of the present application is not limited to this. The effect of the present invention can be obtained as long as the number of partial deposition tubes constituting one deposition tube is two or more.

一つの防着管を構成する部分防着管の数を決定するに当たっては、部分防着管の管長を決定する場合と同様に、ECRスパッタリング装置1において成膜処理を実行する際の温度分布を勘案するのが好適である。
すなわち、ECRスパッタリング装置1において成膜処理を実行する際の防着管の内側面の防着管軸に沿った温度勾配が緩やかである場合には、部分防着管の数を少なくしても良く、逆に、前記温度勾配が急である場合には、部分防着管の数を多くするのが好ましい。
In determining the number of partial deposition tubes constituting one deposition tube, the temperature distribution at the time of performing the film forming process in the ECR sputtering apparatus 1 is determined in the same manner as in determining the length of the partial deposition tube. It is preferred to take into account.
That is, when the temperature gradient along the axis of the deposition-proof tube on the inner surface of the deposition-preventing tube when performing the film-forming process in the ECR sputtering apparatus 1 is gentle, even if the number of partial deposition-proof tubes is reduced. On the contrary, when the temperature gradient is steep, it is preferable to increase the number of partial deposition tubes.

このように部分防着管の数を決定すれば、個々の部分防着管に作用する熱応力を小さくすることができるので、部分防着管を熱疲労により破損し難くすることができる。したがって、防着管の寿命を延長して、ECRスパッタリング装置1の成膜処理に係るコストを低減することができる。
(3) 上記実施の形態においては、部分防着管の内側面に8つの溝を設ける場合について説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、部分防着管の内側面に設ける溝の数が8つ以外の場合であっても、少なくともひとつの溝が設けることによって、本願発明の効果を得ることができる。
If the number of partial protection tubes is determined in this manner, the thermal stress acting on each partial protection tube can be reduced, so that the partial protection tubes can be hardly damaged by thermal fatigue. Therefore, it is possible to extend the life of the deposition prevention tube and reduce the cost related to the film forming process of the ECR sputtering apparatus 1.
(3) In the above-described embodiment, the case where eight grooves are provided on the inner surface of the partial protection tube has been described. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this, and the inner surface of the partial protection tube. Even if the number of grooves provided is not eight, the effect of the present invention can be obtained by providing at least one groove.

この場合において、部分防着管の内側面に設ける溝の数は、当該部分防着管の内側面に生じる付着膜の膜厚や膜質に応じて決定するのが好ましい。なぜならば、付着膜の膜厚や膜質によって部分防着管が被る応力の大きさが変化するからであり、当該応力が小さい場合には溝の数を少なくしても良く、応力が大きい場合には溝の数を多くするのが望ましい。   In this case, it is preferable that the number of grooves provided on the inner surface of the partial protection tube is determined according to the thickness and quality of the adhered film formed on the inner surface of the partial protection tube. This is because the magnitude of the stress applied to the partial deposition protection tube changes depending on the film thickness and film quality of the adhered film. When the stress is small, the number of grooves may be reduced, and when the stress is large, It is desirable to increase the number of grooves.

また、上記実施の形態においては、下段管23には溝を設けない場合について説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、すべての部分防着管に溝を設けるとしても良い。
この場合において、ひとつの防着管を構成する部分防着管の間では内側面に設ける溝の数を同一とすることが望ましいが、付着膜に起因して発生する応力が当該部分防着管の間で著しく異なる場合には、設ける溝の数を当該応力に応じて異にするとしても良い。
Further, in the above embodiment, the case where the groove is not provided in the lower pipe 23 has been described, but it is needless to say that the present invention is not limited to this. good.
In this case, it is desirable that the number of grooves provided on the inner surface is the same between the partial deposition tubes constituting one deposition tube, but the stress generated due to the adhered film is not In the case where the number of grooves is significantly different, the number of grooves provided may be different depending on the stress.

また、部分防着管の内側面に複数の溝を設ける場合には、当該部分防着管の管軸周りに等間隔となるように溝を設けるのが好適である。このようにすれば、当該部分防着管の内側面にかかる応力を平均化して、当該応力の最大値を抑えることができるので、当該部分防着管を破損し難くすることができる。
(4) 上記実施の形態においては、成膜室101に近い側の部分防着管に設けられた内径拡大部分に、成膜室101から遠い側の部分防着管に設けられた外径縮小部分を嵌め込むことによって部分防着管どうしを結合させるとしたが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、上記実施の形態とは異なる方法によって部分防着管どうしを結合させるとしても良い。
In the case where a plurality of grooves are provided on the inner surface of the partial protection pipe, it is preferable to provide the grooves at regular intervals around the pipe axis of the partial protection pipe. With this configuration, the stress applied to the inner surface of the partial protection tube can be averaged to suppress the maximum value of the stress, so that the partial protection tube can be hardly damaged.
(4) In the above embodiment, the inner diameter enlarged portion provided on the partial deposition protection tube on the side closer to the film formation chamber 101 is reduced to the outer diameter reduction provided on the partial deposition prevention tube on the far side from the film formation chamber 101. Although it has been described that the partial protection pipes are connected to each other by fitting the parts, it is needless to say that the present invention is not limited to this, and that the partial protection pipes are connected by a method different from the above embodiment. Is also good.

すなわち、上記実施の形態とは逆に、成膜室101に近い側の部分防着管に設けられた外径縮小部分を設け、成膜室101から遠い側の部分防着管に設けられた内径拡大部分を設けて、これらを嵌め合わせることによって部分防着管どうしを結合させるとしても良い。
また、このような相欠接ぎの他に、斜摺合せ接ぎにより部分防着管どうしを結合させるとしても良いし、部分防着管の側壁部分の厚みによっては核接ぎによって部分防着管どうしを結合させるとしても良い。部分防着管どうしの結合のさせ方の如何によらず本願発明を実施して、その効果を得ることができる。
That is, contrary to the above-described embodiment, the outer diameter reduction portion provided on the partial deposition prevention tube on the side closer to the film formation chamber 101 is provided, and the outer diameter reduction portion is provided on the partial deposition prevention tube on the side far from the film formation chamber 101. An inner diameter enlarged portion may be provided, and these may be fitted together to connect the partial protection tubes.
Further, in addition to such a phased joint, the partial protection pipes may be connected to each other by oblique sliding connection, or depending on the thickness of the side wall portion of the partial protection pipe, the partial protection pipes may be connected by the core connection. They may be combined. The effect can be obtained by implementing the present invention irrespective of the method of connecting the partial deposition prevention tubes.

なお、成膜処理時に、部分防着管の間で熱膨張の度合いに差が生じることを考慮すれば、部分防着管の間にある程度の余裕を与えて結合させるのが好適である。このような余裕を与えることによって、熱膨張の度合いの差を吸収して、部分防着管の熱疲労を抑えることができるので、本願発明の効果をさらに高めることができる。
(5) 上記実施の形態においては、本願発明を説明するにあたってECRスパッタリング装置を例に取ったが、本願発明の適用対象がECRスパッタリング装置に限定されないのは言うまでも無く、ECRスパッタリング装置以外の高密度プラズマ処理装置に対しても本願発明を適用して、その効果を得ることができる。
In consideration of the fact that a difference occurs in the degree of thermal expansion between the partial deposition tubes during the film forming process, it is preferable to provide a certain margin between the partial deposition tubes for coupling. By providing such a margin, the difference in the degree of thermal expansion can be absorbed and the thermal fatigue of the partial deposition prevention tube can be suppressed, so that the effect of the present invention can be further enhanced.
(5) In the above embodiment, the ECR sputtering apparatus is taken as an example for describing the present invention, but it goes without saying that the application of the present invention is not limited to the ECR sputtering apparatus. The effect can be obtained by applying the present invention to a high-density plasma processing apparatus.

すなわち、誘導結合プラズマ(ICP: induction coupled plasma)を生成して処理を行うプラズマ処理装置や、ヘリコン波プラズマ(HWP: helicon-wave excited plasma)を生成して処理を行うプラズマ処理装置に本願発明を適用するとしても良い。
図3は、本変形例に係るICPスパッタリング装置の構成を示す断面図である。図3に示されるように、ICPスパッタリング装置においては、プラズマ室307の周囲にコイル312を配設し、このコイルに高周波電流を流して誘導結合プラズマを生成してスパッタリング処理を行う。
That is, the present invention is applied to a plasma processing apparatus that performs processing by generating induction coupled plasma (ICP) or a plasma processing apparatus that performs processing by generating helicon-wave excited plasma (HWP). May be applied.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an ICP sputtering apparatus according to the present modification. As shown in FIG. 3, in the ICP sputtering apparatus, a coil 312 is provided around a plasma chamber 307, and a high-frequency current is applied to the coil to generate inductively coupled plasma, thereby performing a sputtering process.

かかるICPスパッタリング装置においても、プラズマ室307の内部に配設される防着管315を、プラズマ発生時の温度勾配に応じて分割することによって、防着管315の破損を防止することができる等、本願発明の効果を得ることができる。
なお、プラズマの発生方法によらず、プラズマ密度が1010ions/cm3以上に達する場合に本願発明は特に有効であり、プラズマ処理装置を長寿命化する等の効果を奏する。
Also in such an ICP sputtering apparatus, breakage of the deposition prevention tube 315 can be prevented by dividing the deposition prevention tube 315 disposed inside the plasma chamber 307 according to the temperature gradient at the time of plasma generation. Thus, the effects of the present invention can be obtained.
The present invention is particularly effective when the plasma density reaches 10 10 ions / cm 3 or more irrespective of the plasma generation method, and has effects such as extending the life of the plasma processing apparatus.

(6) 上記実施の形態においては、本願発明を説明するにあたってECRスパッタリング装置を例に取ったが、本願発明の適用対象がECRスパッタリング装置に限定されないのは言うまでも無く、スパッタリング処理装置以外のプラズマ処理装置に対しても本願発明を適用して、その効果を得ることができる。
図4は、本願発明の変形例に係る防着管を備えた反応性イオンビームエッチング(RIBE: Reactive Ion Beam Etching)装置(以下、「RIBE装置」という。)の構成を例示する断面図である。
(6) In the above embodiment, an ECR sputtering apparatus was taken as an example for describing the present invention, but it goes without saying that the application of the present invention is not limited to the ECR sputtering apparatus. The effects can be obtained by applying the present invention to a plasma processing apparatus.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a reactive ion beam etching (RIBE) device (hereinafter, referred to as a “RIBE device”) including a deposition-preventing tube according to a modification of the present invention. .

図4に示されるように、本変形例に係るRIBE装置4は、試料(ウエハ)401、試料台402、試料室403、イオン引き出し電極404、励磁コイル405、マイクロ波導入窓406、導波管407、プラズマ室410、防着板411、および、防着管412を備えている。
RIBE装置4は、試料室403内が真空化された後、導波管407からマイクロ波導入窓406を経てマイクロ波408が導入されるとともに、原料ガス409がプラズマ室410内に導入される。そして、RIBE装置4は、励磁コイル405にてプラズマ室410内に磁場を形成して、電子サイクロトロン共鳴による放電を発生させる。すると、高密度のプラズマが発生する。
As shown in FIG. 4, the RIBE apparatus 4 according to the present modification includes a sample (wafer) 401, a sample stage 402, a sample chamber 403, an ion extraction electrode 404, an excitation coil 405, a microwave introduction window 406, a waveguide 407, a plasma chamber 410, a deposition prevention plate 411, and a deposition prevention tube 412.
In the RIBE apparatus 4, after the inside of the sample chamber 403 is evacuated, the microwave 408 is introduced from the waveguide 407 through the microwave introduction window 406, and the source gas 409 is introduced into the plasma chamber 410. Then, the RIBE device 4 forms a magnetic field in the plasma chamber 410 by the excitation coil 405, and generates a discharge by electron cyclotron resonance. Then, high-density plasma is generated.

そして、イオン引き出し電極404に負電位を印加して、前記プラズマから反応性元素イオン413を引き出す。ここで、前記試料台402は平板上の電極となっており、当該試料台402に高周波電圧を加えると直流的な電界が生じる。これによって、前記反応性元素イオン413がウエハ401に向かって垂直方向に入射して、異方性エッチングが行われる。   Then, a negative potential is applied to the ion extraction electrode 404 to extract reactive element ions 413 from the plasma. Here, the sample stage 402 is an electrode on a flat plate, and when a high-frequency voltage is applied to the sample stage 402, a DC electric field is generated. As a result, the reactive element ions 413 are vertically incident on the wafer 401, and anisotropic etching is performed.

このようにエッチングを行う際に試料室403の内壁に不要な物質が付着するのを防止する必要があるので、試料室403の内部には円形状の防着板411と円筒状の防着管412が設置されている。
RIBE装置においても、ECRスパッタリング装置と同様に、試料室とプラズマ室との間には大きな温度差が生じるので、防着管が熱疲労により破損する問題がある。
Since it is necessary to prevent unnecessary substances from adhering to the inner wall of the sample chamber 403 when performing the etching in this manner, a circular deposition plate 411 and a cylindrical deposition tube are provided inside the sample chamber 403. 412 are installed.
In the RIBE apparatus, similarly to the ECR sputtering apparatus, since a large temperature difference occurs between the sample chamber and the plasma chamber, there is a problem that the deposition prevention tube is damaged by thermal fatigue.

これに対して、本変形例に係るRIBE装置4においては、前記防着管2と同様に、エッチング処理中の温度分布に応じて防着管412が複数の部分防着管に分割されているので、上述のような破損を免れることができる。したがって、防着部材の交換頻度を低減できるので、エッチング処理に係る諸コストを低減することができる。
本願発明は、ECRプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置に適用して、上述と同様の効果を奏することができる。図5は、本変形例に係るECRプラズマCVD装置の構成を例示する断面図である。
On the other hand, in the RIBE device 4 according to the present modification, the deposition tube 412 is divided into a plurality of partial deposition tubes according to the temperature distribution during the etching process, similarly to the deposition tube 2. Therefore, the damage as described above can be avoided. Therefore, since the frequency of replacing the deposition-inhibiting member can be reduced, various costs related to the etching process can be reduced.
The present invention can be applied to an ECR plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus to provide the same effects as described above. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the configuration of an ECR plasma CVD apparatus according to the present modification.

図5に示されるように、ECRプラズマCVD装置5は、試料室501、試料台502、ウエハ503、励磁コイル504、プラズマ室505、マイクロ波導入窓506、導波管507、防着板510、512、および、防着管511を備えている。
ECRプラズマCVD装置5は、先ず、試料室501、および、プラズマ室の内部の不要なガスを真空ポンプにて排気する。そして、周波数2.45GHzのマイクロ波508を、マグネトロンから導波管507、マイクロ波導入窓506を介して、プラズマ室505に導入する。また、プラズマ室505には、原料ガスとして窒素ガス(N2)等が導入される。
As shown in FIG. 5, the ECR plasma CVD apparatus 5 includes a sample chamber 501, a sample table 502, a wafer 503, an excitation coil 504, a plasma chamber 505, a microwave introduction window 506, a waveguide 507, a deposition plate 510, 512 and a deposition prevention tube 511.
The ECR plasma CVD apparatus 5 first evacuates unnecessary gas inside the sample chamber 501 and the plasma chamber by a vacuum pump. Then, a microwave 508 having a frequency of 2.45 GHz is introduced from the magnetron into the plasma chamber 505 through the waveguide 507 and the microwave introduction window 506. Further, nitrogen gas (N 2 ) or the like is introduced into the plasma chamber 505 as a source gas.

この状態で、励磁コイル504を用いて磁界(875G)をプラズマ室505に加えると、電子サイクロトロン共鳴により高密度のプラズマが発生する。このようにして得られた活性ガス分子を試料室501に導き、別途、試料室505に導入したシランガス(SiH4)513と反応させて、ウエハ503上にSi34膜を堆積させる。
この場合においても、試料室501の内壁に不要な物質が付着して膜が形成されるのを防ぐために防着板510、512、および、防着管511が試料室501内に配設される。試料室501とプラズマ室505との間の温度差に起因して、防着管511が破損するのを防止するために、本変形例に係る防着管511はECRプラズマCVD処理時の温度分布に応じて複数の部分防着管に分割されている。
In this state, when a magnetic field (875 G) is applied to the plasma chamber 505 using the excitation coil 504, high-density plasma is generated by electron cyclotron resonance. The active gas molecules thus obtained are guided to the sample chamber 501 and reacted with the silane gas (SiH 4 ) 513 separately introduced into the sample chamber 505 to deposit a Si 3 N 4 film on the wafer 503.
Also in this case, in order to prevent unnecessary substances from adhering to the inner wall of the sample chamber 501 to form a film, deposition plates 510 and 512 and a deposition tube 511 are provided in the sample chamber 501. . In order to prevent the deposition tube 511 from being damaged due to the temperature difference between the sample chamber 501 and the plasma chamber 505, the deposition tube 511 according to the present modified example has a temperature distribution during the ECR plasma CVD process. Is divided into a plurality of partial deposition prevention tubes.

このようにすることによって、防着部材の交換頻度を低減できるので、ECRプラズマCVD処理に係る諸コストを低減することができる。
なお、上記したエッチング処理やCVD処理をICPやHWP等、ECR以外の方法で発生させたプラズマを用いて行う場合にも、本願発明の効果が得られることはいうまでもない。
By doing so, the frequency of replacing the deposition-inhibiting member can be reduced, so that various costs associated with the ECR plasma CVD processing can be reduced.
It is needless to say that the effects of the present invention can also be obtained when the above-described etching process or CVD process is performed using plasma generated by a method other than ECR such as ICP or HWP.

(7) 上記実施の形態並びに変形例においては、防着管や防着板がプラズマ室や試料室の内壁に接触している場合を例にとって説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これらに代えて次のようにするとしても良い。
すなわち、防着管や防着板は、上述の通り、プラズマ室や試料室の内壁に不要な物質が付着するのを防止するために配設されるものであるから、かかる目的を達成することができさえすれば良く、例えば、防着管の外径寸法がプラズマ室や試料室の内径寸法よりも小さいとしても良い。また、この場合において、防着板面積が、当該防着板が取着されている内壁面の面積よりも小さいとしても良い。
(7) In the above-described embodiment and modified examples, the case where the deposition tube or the deposition plate is in contact with the inner wall of the plasma chamber or the sample chamber has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, the following may be used instead of these.
That is, as described above, the deposition tube and the deposition plate are provided to prevent unnecessary substances from adhering to the inner walls of the plasma chamber and the sample chamber, and thus achieve the above object. For example, the outer diameter of the deposition prevention tube may be smaller than the inner diameter of the plasma chamber or the sample chamber. Further, in this case, the area of the protection plate may be smaller than the area of the inner wall surface to which the protection plate is attached.

防着管や防着板の寸法や形状は、これらが取着されるプラズマ室や試料室の寸法や形状に合わせて決定されれば良い。防着管の寸法や形状に関わらず、防着管を複数個に分割することによって、防着管の破損を抑えることができる。従って、防着管の交換頻度を低減して、プラズマ処理装置のランニング・コストを削減することができる。   The size and shape of the deposition tube and the deposition plate may be determined according to the size and shape of the plasma chamber or the sample chamber to which they are attached. Irrespective of the size and shape of the protection tube, breakage of the protection tube can be suppressed by dividing the protection tube into a plurality. Therefore, it is possible to reduce the frequency of replacement of the deposition-inhibiting tube and reduce the running cost of the plasma processing apparatus.

本願発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを利用して薄膜形成等の処理を行う際にプラズマ処理装置の内部に酸化ケイ素等が付着するのを防ぐ防着部材を長寿命化してプラズマ処理に係るコストを削減するための技術として有用である。   The plasma processing apparatus according to the present invention relates to plasma processing by extending the life of a deposition-preventing member that prevents silicon oxide or the like from adhering inside the plasma processing apparatus when performing processing such as thin film formation using plasma. This is useful as a technique for reducing costs.

本願発明の実施の形態に係るECRスパッタリング装置の構成を示す断面図である。It is a sectional view showing the composition of the ECR sputtering device concerning an embodiment of the invention of this application. 本願発明の実施の形態に係る防着管2の構成を示す図であって、図2(a)は防着管2の外観斜視図、図2(b)は防着管2をその中心軸を含む平面で切った断面図、そして、図2(c)は防着管2を成膜室101側から俯瞰した俯瞰図である。FIG. 2A is a diagram showing a configuration of a deposition-proof tube 2 according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is an external perspective view of the deposition-proof tube 2, and FIG. 2 (c) is a bird's-eye view of the deposition prevention tube 2 from the film forming chamber 101 side. 本願発明の変形例に係る防着管を備えたICPスパッタリング装置の構成を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the structure of the ICP sputtering apparatus provided with the deposition prevention tube which concerns on the modification of this invention. 本願発明の変形例に係る防着管を備えた反応性イオンビームエッチング装置の構成を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the structure of the reactive ion beam etching apparatus provided with the deposition prevention tube which concerns on the modification of this invention. 本願発明の変形例に係るECRプラズマCVD装置の構成を例示する断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an ECR plasma CVD apparatus according to a modification of the present invention. 従来技術に係るECRスパッタリング装置の構成を例示する断面図である。It is a sectional view which illustrates the composition of the ECR sputtering device concerning a conventional technology.

符号の説明Explanation of reference numerals

1、6……………………………………………ECRスパッタリング装置
2、315、412、511、620………防着管
4………………………………………………反応性イオンビームエッチング装置
5…………………………………………………ECRプラズマCVD装置
21………………………………………………上段管
22………………………………………………中段管
23………………………………………………下段管
24………………………………………………溝
31………………………………………………熱応力
32………………………………………………応力
101、301、601………………………成膜室
102、302、602………………………排気口
103、303、401、503、603…試料(ウエハ)
104、304、402、502、604…試料台
105、305、605………………………金属ターゲット
106、306、606………………………プラズマ導入口
107、307、410、505、607…プラズマ室
108、308、408、508、608…マイクロ波
109、309、407、507、609…導波管
110、310、406、506、610…マイクロ波導入窓
111、311、611………………………ガス導入口
112、405、504、612……………励磁コイル
113、114、313、314、411…防着板
312……………………………………………コイル
316……………………………………………バイアス用高周波電源
317……………………………………………高周波電源
403、501…………………………………試料室
404……………………………………………イオン引き出し電極
409、509…………………………………原料ガス
413……………………………………………反応性元素イオン
510、512、613、614……………防着板
513……………………………………………シランガス
1, 6 ...... ECR sputtering equipment 2, 315, 412, 511, 620 ...... Deposition tube 4 ... ............ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ECR plasma CVD apparatus 21 ……………………… …………………………………………………………………………………………………… Middle pipe 23 ………………………………………………………………………………… 24 ……………………………………………………………………………………… Thermal stress 32 …………………… …………… Stress 101, 301, 601 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 503, 603 ... sample (wafer)
104, 304, 402, 502, 604 sample table 105, 305, 605 metal targets 106, 306, 606 plasma inlets 107, 307, 410 , 505, 607: plasma chambers 108, 308, 408, 508, 608: microwaves 109, 309, 407, 507, 609: waveguides 110, 310, 406, 506, 610: microwave introduction windows 111, 311; 611: Gas inlets 112, 405, 504, 612 ... Excitation coils 113, 114, 313, 314, 411: Protective plate 312 ... ............ ……………………………………………………………………………… High-frequency power supply for bias 317 ……………………………… Power supply 403, 01 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………… Silane gas

Claims (16)

高密度プラズマを生成するプラズマ室と、
前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、
前記プラズマ処理による生成物が前記プラズマ室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、
前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma chamber for generating high-density plasma;
A sample chamber that is in communication with the plasma chamber, and that holds a sample to be processed by the plasma;
A deposition prevention tube for preventing a product of the plasma processing from adhering to an inner wall of the plasma chamber,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the deposition prevention pipe is divided into a plurality of pieces according to a temperature distribution at the time of the plasma generation.
前記プラズマ室は円筒形状をとり、
前記防着管は円筒形状であって、前記プラズマ室内に嵌挿されており、かつ、管軸方向に分割されている
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The plasma chamber has a cylindrical shape,
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the attachment tube has a cylindrical shape, is inserted into the plasma chamber, and is divided in a tube axis direction. 3.
前記防着管は、前記プラズマ発生時に温度勾配がより大きい部分は管長がより小さく、当該温度勾配がより小さい部分は管長がより大きくなるように分割されている
ことを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。
3. The method according to claim 2, wherein the deposition tube is divided such that a portion having a larger temperature gradient during the plasma generation has a smaller tube length, and a portion having a smaller temperature gradient has a larger tube length. 4. The plasma processing apparatus according to the above.
前記防着管は、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a groove parallel to the pipe axis is provided on an inner wall surface of the deposition prevention pipe.
前記防着管は、複数の溝が設けられており、
前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられている
ことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。
The deposition tube is provided with a plurality of grooves,
The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the plurality of grooves are provided at equal intervals around a pipe axis of the deposition-preventing pipe.
前記防着管は、石英から成る
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the deposition prevention tube is made of quartz.
前記プラズマを用いて、前記試料にスパッタリング処理を施す
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the sample is subjected to a sputtering process using the plasma.
高密度プラズマを生成するプラズマ室と、
前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、
前記プラズマ処理による生成物が前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、
前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma chamber for generating high-density plasma;
A sample chamber that is in communication with the plasma chamber, and that holds a sample to be processed by the plasma;
A deposition prevention tube for preventing a product of the plasma processing from adhering to an inner wall of the sample chamber,
The plasma processing apparatus, wherein the deposition tube is divided into a plurality of pieces according to a temperature distribution at the time of generating the plasma.
前記試料室は円筒形状をとり、
前記防着管は円筒形状であって、前記試料室内に嵌挿されており、かつ、管軸方向に分割されている
ことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理装置。
The sample chamber has a cylindrical shape,
9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the attachment tube has a cylindrical shape, is fitted into the sample chamber, and is divided in a tube axis direction.
前記防着管は、前記プラズマ発生時に温度勾配がより大きい部分は管長がより小さく、当該温度勾配がより小さい部分は管長がより大きくなるように分割されている
ことを特徴とする請求項9に記載のプラズマ処理装置。
10. The protection tube according to claim 9, wherein a portion having a larger temperature gradient during the generation of the plasma has a smaller tube length, and a portion having a smaller temperature gradient has a larger tube length. The plasma processing apparatus according to the above.
前記防着管は、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられている
ことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理装置。
9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein a groove parallel to the tube axis is provided on an inner wall surface of the deposition-proof tube.
前記防着管は、複数の溝が設けられており、
前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられている
ことを特徴とする請求項11に記載のプラズマ処理装置。
The deposition tube is provided with a plurality of grooves,
12. The plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the plurality of grooves are provided at equal intervals around a pipe axis of the deposition prevention pipe.
前記防着管は、石英から成る
ことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理装置。
9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the deposition prevention tube is made of quartz.
前記プラズマを用いて、前記試料にエッチング処理を施す
ことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理装置。
9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the sample is subjected to an etching process using the plasma.
前記プラズマを用いて、前記試料にCVD処理を施す
ことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the sample is subjected to a CVD process using the plasma.
前記プラズマは電子サイクロトロン共鳴により生成される
ことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma is generated by electron cyclotron resonance.
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